基于时间透镜系统的冲击脉冲产生与特性研究

冲击点火方案具备低点火能量阈值、高增益以及更好的流体力学稳定性等优势,已成为实现惯性约束聚变点火的核心方案之一.在冲击点火方案中,高质量的冲击脉冲是实现成功点火的必要条件.本文基于光纤环相位调制时间透镜系统,提出一种利用时域非对称相位调制结合频域线性色散补偿的方案产生对脉宽和峰值功率对比度高精度可控的冲击脉冲,并构建了理论模型,通过数值模拟详细分析了系统关键参数对冲击脉冲特性的影响.模拟结果显示,通过对斩波函数、相位调制函数、调制深度、调制频率以及啁啾补偿量等参数的组合优化设计,可以实现对冲击脉冲的脉冲宽度、脉冲上升沿以及冲击脉冲峰值功率对比度等关键性能指标高精度主动调控.这种对冲击脉冲峰值功率对比度与冲击脉冲宽度独立主动可调的新型设计思路,不仅有利于加深对激光脉冲波形操控原理的理解,而且对实验上如何获取高质量的冲击脉冲具有重要参考意义.     

激光聚变冲击点火物理特性研究

冲击点火是一种新型的惯性约束聚变点火方案,该点火方案具有低点火能量阈值、高增益和较好的流体力学稳定性等优点.本文针对冲击点火的物理特性进行理论分析和数值模拟.首先以一维平板模型对冲击波碰撞的物理过程进行理论研究和分析;然后通过辐射流体力学数值模拟对冲击点火的物理特性进行研究,验证理论分析结果,并考察冲击加载时间对点火的影响. 关键词： 冲击点火 冲击波碰撞 辐射流体力学模拟     

基于现役装置的冲击点火可行性概念研究

以冲击点火物理特性的研究为基础, 分析冲击点火对高功率激光驱动器的物理需求, 然后从总体层面概括给出基于现役装置(神光III等间接驱动中心点火高功率激光装置) 研究冲击点火面临的关键技术问题. 研究表明, 基于现役装置的冲击点火主要面临两个层面的问题, 首先是非均匀光路排布下实现均匀辐照的工程层面问题, 其次是在现役装置上高效实现冲击点火激光脉冲的激光技术层面问题. 通过研究 分别对两个层面的问题提出相应的解决思路, 为后续研究奠定基础.     

激光聚变快点火机理研究

对超强超短激光等离子体相互作用和快点火机理及其物理可行性进行了理论和数值模拟研究.研制了二维和二维半粒子云模拟程序,数值模拟了超强超短激光脉冲在非均匀等离子体中的传播.提出快点火穿孔速度和深度以及用于快点火的超强超短激光器的初步指标 关键词： 超强超短激光等离子体相互作用 快点火机理 粒子云模拟     

基于受激布里渊散射能量转移的冲击点火激光技术研究

提出一种新型的激光放大技术, 高效地实现冲击点火所需的10² ps级高功率激光脉冲. 该技术耦合了传统的激光驱动器放大技术和受激布里渊散射(SBS) 脉冲压缩技术, 在不改变现有激光装置主体结构的前提下, 使用长脉冲(数 ns) 充分提取主放大器储能, 然后在系统输出端通过SBS进行脉冲自抽运的能量转移, 将长脉冲能量转移给10² ps级的冲击脉冲, 实现高效放大的目的. 该技术在主动控制下实现能量转移, 将克服传统SBS压缩时间特性不可控的缺点, 输出满足冲击点火时域特性要求的精密控制激光脉冲.     

抽运光中ASE噪声对OPCPA信噪比的影响

惯性约束核聚变快点火实验,要求拍瓦终端输出再压缩的高信噪比超短激光脉冲.在拍瓦前端光参变啁啾脉冲放大(OPCPA)阶段,抽运激光脉冲中由放大的自发辐射(ASE)噪声调制导致的电场强度振幅和相位的随机扰动.将会被传递到信号光的光谱E.使再压缩后主激光脉冲前后出现底座.降低了信号光的信噪比.数值模拟了抽运激光脉冲中ASE噪声对信噪比以及对时间底座的宽度的影响,并探讨了有利于提高超短激光脉冲信噪比的途径.     

基于神光Ⅲ原型装置的冲击点火分解实验北大核心CSCD

冲击点火是一种新型点火方式,介绍了国内进行的冲击点火分解实验。实验结果表明:相比于方波脉冲,在冲击峰整形脉冲作用下激光与等离子体相互作用明显增强,背向散射光的份额增加,散射光谱来自于不同密度的等离子体区域。实验中也观察到了方波条件下冲击波在CH样品中的传播过程,与模拟计算结果较为符合。     

基于神光Ⅲ原型装置的冲击点火分解实验

冲击点火是一种新型点火方式,介绍了国内进行的冲击点火分解实验。实验结果表明:相比于方波脉冲,在冲击峰整形脉冲作用下激光与等离子体相互作用明显增强,背向散射光的份额增加,散射光谱来自于不同密度的等离子体区域。实验中也观察到了方波条件下冲击波在CH样品中的传播过程,与模拟计算结果较为符合。     

自调Q光纤激光器的理论分析和数值模拟

基于自调Q光纤激光器的基本理论,结合速率方程理论与自调Q特点,借助简化的环形腔掺Er3+光纤激光器模型,分析了泵浦功率与自调Q脉冲周期、峰值功率的关系.随着泵浦功率的增加,光纤激光器自调Q脉冲的周期减小,峰值功率变大；当信号光强足够大时,激光器的自调Q现象消失,变为准连续激光输出.通过MATLAB编程对光纤激光器输出特性进行了数值模拟,模拟结果与实验结果基本相符.     

拼接聚焦终端在快点火装置上的应用

为满足快点火对点火脉冲功率的要求,主要在建和规划中的快点火驱动器均提出类似天文望远镜的拼接技术,实现大口径多路激光的相干聚焦。采用几何光学追迹和傅里叶方法求解拼接聚焦模型,针对抛物面镜的拼接规模和控制精度对焦斑峰值功率的影响进行了理论和数值模拟研究。模拟了2×2,3×3和4×4拼接离轴抛物面镜在一定控制精度下远场焦斑的斯特列尔比,并由正态分布的蒙特-卡罗方法分析了精度误差对斯特列尔比的影响。结果表明,面外旋转角和轴向活塞位移误差分别为1μrad和210.6 nm时2×2结构的焦斑斯特列尔比大于0.8的概率超过60%。     

Optimal design of shock ignition target in order to stop generated hot electrons within the cold fuel

Generation of hot electrons (HEs) within ignitor pulse interaction with pre-compressed fuel is an important challenge in the shock ignition approach. Target optimization in order to prevent the destructive effects of HE is the main goal of the present work. In the first stage, the spectrum of electron energy generated during the interaction of ignitor pulse at different widths with the HiPER pre-compressed target has been estimated by applying particle simulation tool. Then, by changing the thickness of the cold fuel in the range of 185–225 μm, the corresponding areal densities are calculated using 1D hydrodynamic simulations. Finally, in order to assess the energy fusion yield, the iso-gain curves are obtained for different ignitor time windows as well as target thicknesses. Simulation results indicate that by decreasing the baseline, target thickness leads to a 17–70% increase in the fuel areal density. Subsequently, it has been demonstrated that by properly adjusting the parameters of ignitor pulse launch time and its width and employing a target with areal density high enough to stop the HEs, energy gain above 140 can be achieved. Optimal areas for shell thickness and ignitor time window are identified.     

环氧丙烷点火的光谱研究

 利用多种光谱技术，提出了一种确定燃料冲击点火延迟时间的新方法。用这种方法所获得的实验值比国内外常用光电二极管（峰值波长约在800 nm）方法的所测值更接近实际值。环氧丙烷受冲击后，反应中间产物出现的时间是不同的，辐射强度也不同。在冲击波作用下，基团出现的顺序便可确定，它们依次为O、CH₂O、C₂、CH、CH₃O、CO₂、H₂O等，而O原子总是首先出现。     

激光聚变冲击波点火的热斑形成机制

通过对冲击波点火内爆过程的数值模拟分析点火热斑压缩及形成机制。分析了传统中心点火的内爆过程,热斑主要经历冲击波压缩和惯性压缩过程,点火主要通过惯性压缩来实现。并仔细分析了冲击波点火的内爆压缩过程,从内爆角度来看冲击波点火并不是压缩和点火分开的两步过程,点火冲击波实际参与压缩过程,点火冲击波对热斑的直接影响很有限,热斑仍然主要通过壳层的惯性压缩实现点火。利用惯性压缩的定标关系及冲击波碰撞对壳层影响规律分析了热斑增压的物理机制,冲击波点火是通过点火冲击波与回冲击波的碰撞来提高壳层的密度,从而实现热斑压力的提升。     

弹粘塑性双球壳塌缩热点反应模型

 基于Kim的弹粘塑性单球壳塌缩模型,考虑PBX炸药中的粘结剂效应,假设炸药和粘结剂均为弹粘塑性材料,建立了弹粘塑性双球壳塌缩热点反应模型,给出了炸药球壳在冲击压力作用下的速度、应变、温度和化学反应速率的时空分布,以及新的热点反应速率理论表达式。把新的热点反应项与Kim的低压下慢反应项和张震宇提出的高压反应速率方程相结合,得到了新的冲击起爆三项式细观反应速率模型。把该模型加入DYNA2D中,模拟了PBX-9501炸药的一维冲击起爆过程,结果表明：该模型除了可以解释炸药颗粒度和孔隙度的影响外,还可以较好地描述粘结剂强度和含量对PBX炸药冲击起爆感度的影响。     

入射激波诱导环氧丙烷爆炸特征研究

用自行设计激波管点火测试技术,实验研究了温度范围760-1380K间入射激波诱导下环氧丙烷的点火机理。利用激波管压力传感器测定了H*(486.1) 和O (470.5nm)随激波诱导强度变化的点火时间特征。实验结果表明：在低马赫数下氢氧自由基出现时间较接近,1.5-2.5马赫间随激波诱导强度增大而线性减小;而马赫大于2.5后,氧自由基的出现时间迅速减小,是由于高活化能的氧自由基的点火时间对强激波较敏感,而诱导强度大于3.5马赫后对两者点火影响区别就下明显了。实验数据将有益于含能材料点火时间的研究。     

入射激波诱导环氧丙烷爆炸特征研究

用自行设计激波管点火测试技术,实验研究了温度范围760-1380K间入射激波诱导下环氧丙烷的点火机理。利用激波管压力传感器测定了H*(486.1) 和O (470.5nm)随激波诱导强度变化的点火时间特征。实验结果表明：在低马赫数下氢氧自由基出现时间较接近,1.5-2.5马赫间随激波诱导强度增大而线性减小;而马赫大于2.5后,氧自由基的出现时间迅速减小,是由于高活化能的氧自由基的点火时间对强激波较敏感,而诱导强度大于3.5马赫后对两者点火影响区别就下明显了。实验数据将有益于含能材料点火时间的研究。